С.Ф. Коваль, В.П. Шаманин  "Растение в опыте"

 

Сроки проведения наблюдений и их периодичность определяются скоростью развития физиологических процессов. Последняя, в свою очередь, зависит от дозы действующего фактора и условий предшествующего выращивания подопытных растений. В ряде областей исследования (например, при изучении адаптации растений) временная динамика развития реакции на внешний фактор может быть самостоятельным объектом исследования. Но во многих случаях развитие физиологических процессов во времени интересует исследователя только в связи с вопросом выбора момента регистрации изучаемого эффекта.

На рисунке 6.4 приведены наблюдения П. Илиева [1969] над изменением скорости роста (% к контролю) молодых растений в связи с двухминутным повышением температуры воздуха до + 45⁰ С. Растения выращивались при температуре: 1 -12-14°; 2- 16-18°; 3-20-22°; 4-20-22 С°.

Рис. 6.3. Парадоксальный эффект роста эпикотиля (мм) от продолжительности инкубации в растворе гиббереловой кислоты (100 мг/л)

На нашем рисунке варианты обозначены соответствующими цифрами около кривых. Растения первого варианта, для которого перепад температуры был наибольшим, показали сильную депрессию роста, которая не компенсировалась в ходе опыта. Варианты два и четыре имели противоположные по форме кривые угнетения (2) и стимуляции (4) роста, которые к концу опыта затухали. В третьем варианте незначительная депрессия первых дней после воздействия далее сменилась стимуляцией роста.

На чертеже (Б) того же рисунка изображены две формы реакции растений (по П. Илиеву) на всевозможные внешние воздействия: секундорная (1), начинающаяся с фазы угнетения и переходящая со временем в стимуляцию; стартовая (2), начинающаяся сразу со стимуляции без фазы депрессии. Секундорная реакция может сохраняться длительное время или угаснуть, что изображено на рисунке (Б) штриховой линией. Стартовая стимуляция регистрируется сразу после воздействия, но интенсивность реакции растения быстро снижается до уровня контроля.

Р ис. 6.4. Динамика стимуляции и угнетения роста при различных типах воздействия (по Иллиеву)

Сравнивая схемы (А) и (Б) данного рисунка, легко установить, что кривая 3 на схеме (А) является секундорной реакцией, а кривая 4 - стартовой. Таким образом, один и тот же внешний фактор в зависимости от состояния растения способен вызвать некомпенсируемое подавление процессов (1), временную депрессию их (2), секундорную (3) или стартовую (4) стимуляцию. При одинаковой физической дозе воздействия (+ 45° х 2 мин.) различия в реакции объекта создавались неодинаковой температурной адаптацией. Позднее П. Илиев показал, что при воздействии повышенной температурой и хлористым натрием второй фактор усиливает торможение роста, вызванное первым, если в промежутке между ними не закончились переходные процессы и не установилось новое стационарное [Пасынский, Дечев, 1961] состояние. Из этого следует практический вывод о непригодности переходного периода между стационарными состояниями для регистрации наблюдений. Если накануне эксперимента с растениями, выращенными в факторостатных условиях, из-за неисправности регулирующих механизмов произойдет резкое повышение или понижение температуры, исследователь должен отложить опыт на несколько дней для восстановления равномерного течения физиологических процессов. В таких случаях не надо успокаивать себя тем, что скачек условий был кратковременным, или ссылаться на соблюдение равенства условий в опыте, - все варианты подверглись незапланированному воздейсгвию. Варианты опыта потому так и называются, что они разные, и, следовательно, будут различно реагировать на дополнительный фактор.

Аналогично, не следует начинать эксперимент, если у подготовленных для него растений появились хотя бы слабые признаки минерального голодания. Реакция обеспеченных минеральным питанием растений отличается от реакции голодающего по всем физиологическим параметрам. Задержка опытав последнем случае будет более длительной, т.к. исправление баланса минеральных питательных веществ гребует до 10-15 дней. В гаком случае рациональнее не заниматься исправлением возникших нарушений, а заложить опыт заново.

Пренебрежение временным развитием процессов часто приводит к ложным выводам. И.Г. Завадская и Г.Г. Шухтина [1974] пришли к выводу, что при обезвоживании неспецифическое повышение устойчивости к последующему нагреву наблюдается у засухоустойчивых сортов и не имеет места у влаголюбивых. У обеих групп сортов в ходе опыта создавался одинаковый водный дефицит, что и считалось равной мерой воздействия. Последующее тестирование жарой проводилось одновременно, что вроде бы соответствует принципу соблюдения равенства условий в эксперименте. Авторы не указывают, на основании чего был выбран интервал между двумя воздействиями. Скорее всего, временная динамика формирования устойчивости ими не изучалась в предварительных опытах. Именно здесь и кроется методическая ошибка. Засухоустойчивый сорт не только с меньшими физиологическими нарушениями переносит обезвоживание, но и быстрее восстанавливает стационарное состояние. Мы вправе предположить, что переходный период у этих групп сортов различен, и, следовательно, повторное воздействие на них надо было проводить не в один календарный срок, а по достижении каждым из них одинакового физиологического состояния. Возможен и другой вариант - тестирование в одни сроки, но с меньшей нагрузкой первым обезвоживанием для незасухоустойчивых сортов.

Этот пример показывает, что постановка любого эксперимента на целом растении требует предварительных опытов по уточнению дозы и временного интервала между воздействием и регистрацией результата. Объем предварительных опытов может быть сокращен, а убедительность результатов значительно повышена при проведении в ходе эксперимента не однократного замера, а ряда наблюдений. Только в последнем случае будет достигнута полная уверенность, что экспериментатор не пропустил интересующие его эффекты.

В качестве иллюстрации разберем такой случай. Четыре экспериментатора поставили одинаковые опыты. Водном и том же возрасте они подвергали опытные растения 5-дневному воздействию, а потом восстановили нормальные условия. О продуктивности фотосинтеза судили по накоплению растением сухого веса. На рисунке 6.5 представлены их результаты. Исследователь “А” определил сухой вес в конце периода неблагоприятного воздействия и пришел к выводу о крупной депрессии чистой продуктивности фотосинтеза. Исследователь “Б” произвел учет сухого веса через 10 дней после его окончания и не нашел разницы с контролем. Наконец “В” производил наблюдения через 20 дней после возврата растений в нормальные условия и пришел к твердому убеждению о положительном влиянии изучаемого фактора.

Идеальный исследователь “Г” провел серию замеров сухого веса и убедился, что “А”, “Б” и “В” были по-своему правы. Но спорить им не следовало, т.к. каждый из них зарегистрировал только отдельный элемент общей картины. По данным исследователя “Г” вначале наблюдалась депрессия накопления сухог о веса, которая после нормализации условий постепенно компенсировалась. Затем опытные растения (О) обогнали контроль (К), и наступила стимуляция роста и повышение валовой продуктивности фотосинтеза, что и отразились на приросте сухого веса. Наш идеальный исследователь правильно решил, что наиболее быстрые изменения происходят в самом начале переходного состояния, и ввел дополнительную точку замера сухого веса через пять дней после окончания опытного воздействия. Для регистрации динамики процесса во времени такое введение дополнительных замеров весьма желательно, но в зависимости от характера опыта уменьшение интервала может производиться не в начале, а в конце ряда наблюдений. Исследователь “Г” справедливо полагал, что имеет дело с затухающей депрессией, это и определило время проведения дополнительного замера. Если бы изучаемый процесс был ускоряющимся (длительный минеральный голод, нарастающая засуха), то уменьшение интервала между замерами следовало произвести в конце ряда наблюдений. Увеличение числа замеров повышает убедительность полученного результата, но в качестве неприятного приложения приводит к значительному увеличению объема работы. Поэтому можно только приветствовать самое широкое использование самопишущих приборов, например, ауксанографов [Ермаков, 1973; Шевелуха, 1992; 1977].

Рис. 6.5. Результаты наблюдений четырех исследователей (А, Б, В, Г) в одном и том же опыте